В новом исследовании, опубликованном в журнале Nanophotonics, ученые обнаружили новый способ создания фотонных временных кристаллов (ФВК) путем модуляции показателя преломления с беспрецедентной скоростью. Это открытие может произвести революцию в области оптики и привести к появлению революционных приложений в будущем.
Понятие о фотонных временных кристаллах
Фотонные временные кристаллы - это материалы, в которых показатель преломления быстро увеличивается и уменьшается с течением времени. Они похожи на фотонные кристаллы, которые вызывают в природе такие явления, как радужное свечение. Однако ПТК уникальны тем, что в них наблюдаются не пространственные, а временные осцилляции.
До сих пор ПТК наблюдались только в самой низкочастотной части электромагнитного спектра, в частности, в радиоволнах. Однако новое исследование демонстрирует возможность создания стабильных ПТК в ближней видимой части спектра.
Эксперимент
Ведущий автор Мордехай Сегев (Mordechai Segev) из Техниона - Израильского технологического института, а также его соавторы Владимир Шалаев и Александра Болтасева из Университета Пердью провели эксперимент с использованием очень коротких импульсов лазерного излучения. Эти импульсы пропускались через прозрачные проводящие оксидные материалы, вызывая быстрый сдвиг показателя преломления.
Для измерения изменений показателя преломления исследователи использовали зондирующий лазерный луч. Они заметили, что по мере возвращения показателя преломления материала к нормальному значению луч зонда быстро смещался в красную, а затем в синюю сторону. Эти изменения происходили в течение одного цикла электромагнитных волн, что очень важно для стабильности ПТК.
Разгадка тайны
Наиболее интригующим аспектом данного исследования является сверхбыстрая релаксация показателя преломления. Обычно электронам, возбужденным до высоких энергий в кристаллах, требуется гораздо больше времени, чтобы вернуться в свое основное состояние. Исследователи признают, что пока не до конца понимают, как происходит такая быстрая релаксация.
Последствия и будущие применения
Соавтор работы Шалаев считает, что способность поддерживать ПТК в оптической области откроет новые возможности в науке о свете. Он сравнивает это открытие с первыми днями создания лазеров, когда физики имели ограниченное представление об их потенциальных применениях.
Хотя конкретные области применения ПТК пока неизвестны, ученые с нетерпением ждут новых возможностей. Потенциально эти временные кристаллы могут произвести революцию в таких областях, как телекоммуникации, вычислительная техника и визуализация. Для полного раскрытия потенциала этого революционного открытия необходимы дальнейшие исследования.
